Phân tích tương tác đấtnướccông trình

4.Áp lực lỗ rỗng.• Áp lực nước lỗ rỗng được xét đến khi xác định tải trọng và ứng suất của đất trong tính ổn định công trình do đó nó có tầm quan trọng.. • B.Liên quan tới cố kết của đ

PHÂN TÍCH TƯƠNG TÁC ĐẤT- NƯỚC-CÔNG TRÌNH

Soil-Water-Structure interaction

1.Tương tác Đất-Nước-Công trình ?

• Công trình thủy lợi

làm việc theo nguyên lí tương tác Đất-Nước-Công trình

Sóng tác động vào đê (Nước-Công trình)

Tương tác ?

Khái niệm về giới hạn và các

2.Khái niệm về điều kiện biên ?

a.Biên thủy lực ?

• Đê có nhiệm vụ ngăn nước,sóng là một

trong những tải trọng tác dụng vào

đê,cần phải được làm rõ:

(1) Sự thay đổi mực nước :sóng

lũ,sóng triều,nước dâng,do động đất.

(2) Sóng gió và nước dềnh do gió

(3) Sóng do tàu qua lại.

Điều kiện biên Thủy lực

b.Biên địa kĩ thuật?

(1).Ứng suất hiệu quả.

• Ứng suất hiệu

quả (Terzaghi)

σ’ = σ - u

(2).Ứng suất tiếp.

• Ứng suất tiếp

ζ = c + σ’tngφ

(3) Thấm và dòng ngầm

• Dòng thấm do chênh lệch đầu nước giữa hai điểm h cách nhau

Δs,sự sai khác về áp lực lỗ rỗng là u=(h-z)γ.minh họa ở các

(4).Áp lực lỗ rỗng.

• Áp lực nước lỗ rỗng được xét đến khi

xác định tải trọng và ứng suất của đất trong tính ổn định công trình do đó nó

có tầm quan trọng.

• Áp lực lỗ rỗng (u) sinh ra trong điều

kiện có thấm hoặc không có thấm.

Áp lực lỗ rỗng (tiếp).

• Sự thay đổi U trong lớp đất do ba nguyên

nhân khác nhau.

• A.Cột nước thấm – thay đổi biên thủy lực.

• B.Liên quan tới cố kết của đất,U tiêu tán

trong quá trình giảm tải.

• C.Thay đổi nhanh do thay đổi chủ yếu là ứng

suất tiếp,xẩy ra đối với đất cát và đất mềm

yếu,U làm giảm tức thời ứng suất pháp hiệu quả và ứng suất tiếp hiêu quả gây nguy

hiểm( hiện tượng hóa lỏng )

Áp lực lỗ rỗng (tiêp).

• Trường hợp A: Sử dụng mô hình toán phân

tích phân bố U trong đất để tính ổn định mái dốc.

• Trường hợp B: Liên quan tới hiện tượng cố

kết,sử dụng mô hình toán hai pha đất dẻo

(FEM),U từ phân tích cố kết để tính toán ổn định.

• Trường hợp C: U sinh ra ở đất trương nở

gây hậu quả đối với ổn định mái dốc,mô hình tính chưa đề cập đến.Trong thực tế đã phải

Cơ chế hư hỏng

• Quan điểm địa kĩ thuật,cơ chế hư hỏng có

liên quan tới “trạng thái giới hạn địa kĩ

thuật”.

• Hai trạng thái giới hạn khác nhau :(a) “Trạng

thái giới hạn cuối cùng có liên quan tới cơ

chế hư hỏng”,(b)”Trạng thái giới hạn sử

dụng có liên quan tới biến dạng lớn nhất của đất có thể chấp nhận hoặc chuyển vị của mặt đất hoặc công trình”.

• Hai loại cơ chế hư hỏng của đê và các kết

cấu ngăn nước: ‘’Cơ chế hư hỏng nhỏ” và

“Cơ chế hư hỏng lớn”

Cơ chế nhỏ Micro-mechanisms

Cơ chế lớn,Macro-mechanísms

Cơ chế lớn,Macro-mechanísms

3.Tương tác Đất-Nước-Công trình

ở kết cấu bảo vệ mái đê

Quá trình I Sóng tác động lên mái dôc

sau đó đập vào mái dốc

tương tự như nước.

- Khi mái dốc thoải hơn,độ

• Quá trình I Sóng tác động lên mái dốc

- Trong mọi trường hợp mái dốc chịu

tác động của áp lực thay đổi.

- Sóng leo lên mái dốc phụ thuộc vào

độ dốc tương đối ξ của sóng,mực nước thay đổi làm thay đổi tác động phía

dưới lớp bảo vệ

Quá trình II: Chuyển hóa từ tác động ngoài thành tác động dưới kết cấu bảo vệ mái

- quá trình II phụ thuộc vào dạng kết cấu lớp vỏ (3loai chính:đá xếp,tấm lát, bê tông asphal )

- Tải trọng phía trong : (1) Đá xếp,đá dăm không chặt (2) liên kết giữa các cấu kiện (3) mức độ chặt và khả năng chống thấm của bê tông asphal.

d K K

d

λ

λ =

Đặc trưng về sóng (L)

• Sóng tác động lên mái dốc gây ra thấm ở

phía dưới kết cấu bảo vệ.

• L là đặc trưng tải trọng ngoài ( L khoảng

cách giữa hai đỉnh sóng ).

Ví dụ chuyển hóa quá trình II

(quan hệ giữa λ và L)

Phân tích quan hệ giữa λ và L

quá trình II

• Khi λ << L có sự khác biệt giữa hai tải trọng

rất lớn,sự thay đổi áp lực tính theo L Xảy ra

ở lớp ngoài là đá đổ tải trọng tác động làm cho đá không chặt là vận tốc sóng,áp lực

sóng.

• Khi λ >> L, đối vơi các kết cấu bảo vệ không

thấm như Asphal λ →∞.Sự thay đổi áp lực tính theo λ.

• Khi λ~ L tải trọng chú ý cả hai phía,đảm bảo

Quá trình III: chức năng làm việc của kết cấu và

vật liệu

• Ba trường hợp đặc trưng: Đá xếp,cấu kiện, Asphal.

• (1)Trọng lượng của từng hòn đá chịu sự tác động

của sóng (2).Trọng lượng của cấu kiện đóng vai trò chính, ma sát giữa các cấu kiện quan trọng chống lại tác động của áp lực thấm và áp lực đẩy nổi (3) Lực phía ngoài và lực phía trong,kết cấu bị đẩy nổi,tác

động thay đổi theo sự diễn biến của triều và sóng

ngoài của mái dốc tính băng các quy

luật đơn giản.

• Ảnh hưởng của áp lực lỗ rỗng tới sự

cân bằng khối đất trên mái dốc.

Áp lực lỗ rỗng và sự cân bằng trên mái dốc

• Xét cân bằng giữa trọng lượng khối đất đơn vị (W)

với áp lực lỗ rỗng (Fw = ρ g i) có điều kiện cân bằng sau:

• tangө ≥[Wsinα +icos(α- ө )] / [Wcosα-isin(α- ө)]

6.Nguyên nhân gây lún

6.Mâu thuẫn trong thiết kế

trọng từ phía ngoài,C tải trọng từ phía trong, B tương tác giữa tải trọng và kết cấu.

• Nhiều trường hợp

đã ứng xử với A nhưng vẫn có nhiều

hư hỏng xảy ra vì B hoặc C ?